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超[Chāo]全面的PCB失效分析技(Jì)術

發布時[Shí]間:2017-06-20 點擊數(Shù):載入(Rù)中...

PCB作為各種[Zhǒng]元[Yuán]器件的載體與電路信●号●傳輸的樞紐已經成為電子信息産品的最▲為▲重要[Yào]而關(Guān)鍵的部分,其質量的好◆壞◆與可靠性水平[Píng]決▿定▿了整機設備的質量與可靠性。?

随着電子信息産品的小(Xiǎo)型化以及無鉛無鹵(Lǔ)化的環保要求,PCB也[Yě]向(Xiàng)高密度[Dù]高Tg以及環保[Bǎo]的方(Fāng)向發展。但是由于成本以及技術的原因,PCB在生産和應◇用◇[Yòng]過程中出現◊了◊大⋄量⋄的失效問題,并因此引發[Fā]了許多的質量糾紛。為[Wéi]了弄清楚失▿效▿的(De)原因以便找◊到◊解決問題[Tí]的[De]辦法和[Hé]分清責任,必須對(Duì)所(Suǒ)發生[Shēng]的失效案例進行失效分析。

失效分析的基本程(Chéng)序?

要獲(Huò)得PCB失效或不良的準确▲原▲因或者機理,必須[Xū]遵守基本的原則(Zé)及分析流(Liú)程,否則可能會漏掉寶貴(Guì)的失效信◇息◇,造成分析不(Bú)能繼續或可能得到錯誤的結論。一般的(De)基本流◆程◆是,首先必▲須▲(Xū)基于失效●現●象,通過信息收集、功能測[Cè]試、電性能測試以及(Jí)簡單的外(Wài)觀檢查,确定失效部位與失效模∇式∇,即失效○定○位或故障定位(Wèi)。?

對于簡單[Dān]的PCB或PCBA,失效的部位⋄很⋄(Hěn)容易确∆定∆,但是,對(Duì)于較[Jiào]為複▲雜▲的BGA或MCM封裝的器件或基(Jī)闆[Pǎn],缺陷(Xiàn)不易○通○過顯微鏡●觀●察,一時不易确定,這個時[Shí]候就需要借助其[Qí]它手段來确(Què)定。?

接[Jiē]着就要(Yào)進行失效機理的分析,即使(Shǐ)用◆各◆種物理、化學[Xué]手段分析(Xī)導(Dǎo)緻PCB失效或缺陷[Xiàn]産生[Shēng]的[De]●機●理,如虛◇焊◇、∇污∇染、機械損傷、潮濕⋄應⋄力、介質腐蝕、疲勞(Láo)損傷、CAF或離∆子∆遷移、應(Yīng)力過載等等。?

再[Zài]就是失效原◊因◊分析,即基于失效機理與制程[Chéng]過程分析,尋找導緻失效機理發生的原因,必要時進行試驗(Yàn)驗證,一般盡應該可能的進行試驗[Yàn]驗證,通過試驗驗證可以找到準确的誘導失效的原因(Yīn)。?

這就為下一步的改進提供了(Le)有[Yǒu]的放矢的依據。最[Zuì]後,就∆是∆根據分析過程所獲(Huò)得試驗數據[Jù]、事實(Shí)與結論,編制失效分析報告,要求報告[Gào]的事實清楚、邏輯推理◈嚴◈密[Mì]、條理[Lǐ]性強[Qiáng],切忌憑空想象。?

分(Fèn)析的過程中,注意使用[Yòng]分析方法應該從簡[Jiǎn]單到複雜、從外到裡、從不破壞樣品再到使用破壞的基本原(Yuán)則。隻有這樣,才可以避免丢失(Shī)關鍵信息、避免引入新的(De)人為的[De]失效機理。?

就好比交通事故,如(Rú)果事故的一方破壞或逃離了現場,在高明的警察也很難作出準确責任認定,這[Zhè]時的交通法規一(Yī)般就○要○求(Qiú)逃◇離◇現場者或破壞現場的一方○承○擔全◇部◇●責●任。?

PCB或PCBA的失效分析也一樣,如果使用[Yòng]電烙鐵▿對▿失效的焊點進行補焊處理◇或◇大◇剪◇刀進行強力(Lì)剪(Jiǎn)裁PCB,那麼再分析[Xī]就無從下手了(Le),失(Shī)效的▿現▿(Xiàn)場已經破∇壞∇了。特别(Bié)是在[Zài]失效樣品少的[De]情況下,一旦破壞或損(Sǔn)傷了失效現場的(De)環境,真正的失(Shī)效○原○因就無法獲得了。

失效(Xiào)分析技術?

光學顯微鏡?

光學顯微鏡主(Zhǔ)要用于PCB▿的▿[De]外觀檢查,尋找失效的部位和相關的物證,初步判斷PCB的失效模式。外觀▾檢▾查主要檢查PCB的▿污▿[Wū]染、腐蝕、爆闆的位置(Zhì)、電路布線以及失效的規律性、如◊是◊批次的或是[Shì]個别,是不是總是集中[Zhōng]在某個區(Qū)▾域▾等等。?

X射線 (X-ray)?

對于▿某▿[Mǒu]些不能通過○外○觀檢查到的部位以及[Jí]PCB的通孔(Kǒng)内部和其他内(Nèi)部缺陷(Xiàn),隻好使用X射[Shè]線透視系統來檢查。?

X光透視系統就是▾利▾用不同(Tóng)材料厚度[Dù]或是不●同●材料密度對X光的吸∇濕∇或透過率的不同原理來成像。該技術更(Gèng)多地用來檢查PCBA焊點内部的●缺●陷、通孔内部◈缺◈陷和高(Gāo)密度封裝的BGA或CSP器件的(De)缺陷焊點的定位。?

切片分析(Xī)?

切片分析就是通過取樣、鑲嵌、切片、抛磨、腐蝕、觀(Guān)察等一系列◇手◇段和[Hé]步[Bù]驟獲得(Dé)PCB橫截[Jié]面(Miàn)結(Jié)構的過程。通過切片分析可∇以∇得到反映[Yìng]PCB(通孔、鍍層等(Děng))質量的微觀[Guān]結構的豐富信息,為下(Xià)一步的質量改進提供[Gòng]很好的依據。但是該方法是破(Pò)壞性的,一旦進行了切片,樣品就必然遭(Zāo)到破壞。?

掃描聲學顯微鏡?

◆目◆前用于電◊子◊(Zǐ)封(Fēng)裝或組裝分析的主◊要◊是C模式的超●聲●掃描聲(Shēng)∇學∇顯微鏡,它是利用▽高▽(Gāo)∇頻∇超聲波在材料不連[Lián]續界▽面▽上反射産生的振幅及位相與[Yǔ]極性變化[Huà]來成像[Xiàng],◈其◈掃描方式[Shì]是沿着Z軸掃描X-Y平面的(De)信息。?

因此,掃描聲(Shēng)學顯微鏡可以用來檢(Jiǎn)測元器件、材料以及PCB與PCBA内▽部▽(Bù)的各種缺陷,包括裂紋、分層、夾雜物以及空◆洞◆等。如(Rú)果掃描聲學的頻率寬度足夠的[De]話,還可(Kě)以直接檢[Jiǎn]測到焊點的内部缺陷。?

典[Diǎn]型的掃描聲(Shēng)學的圖像是(Shì)以紅色[Sè]的(De)警示色表[Biǎo]示缺陷◊的◊(De)存在,由于大量塑料封[Fēng]裝的元器件使用在SMT工藝中,由有鉛轉(Zhuǎn)換成無(Wú)鉛工藝的過程中,大量的潮濕回流敏感問題産生,即吸[Xī]濕的塑封器[Qì]件會在更高▽的▽無鉛◇工◇藝溫度下∇回∇(Huí)流時出現内部或基闆分層開裂現象,在無鉛工◇藝◇的◊高◊溫下普通的PCB也會常常[Cháng]出現爆闆◆現◆(Xiàn)象。?

此時,掃(Sǎo)描聲學(Xué)顯微鏡就凸現其(Qí)在多層高密度PCB無◇損◇探傷方面的特(Tè)●别●優勢。而一般的明顯的爆闆則隻需通過目測外觀[Guān]就能檢測出(Chū)來。?

顯微紅外分(Fèn)析?

顯微紅外分析就是将紅外光譜與顯微鏡結合在一起的(De)分析方法,它利用不同材(Cái)料(主要是有[Yǒu]機物)對紅外光譜不同吸◈收◈的原[Yuán]理,分析材料的化合物[Wù]成分,◆再◆結合顯微鏡可使可見光與紅外光同光(Guāng)路,隻要◆在◆可見的∇視∇[Shì]場下,就可以∆尋∆[Xún]找要分析微量的有機污染物。?

如果沒有顯微[Wēi]鏡的[De]結合,通常紅外光譜隻能[Néng]分析樣(Yàng)品量較多的樣品[Pǐn]。而電子▽工▽藝中很多情況是微量污(Wū)染就可以導緻PCB焊盤或引線∆腳∆的可焊性不良,可以想象,沒有顯微鏡◈配◈套的(De)紅外光▾譜▾是●很●難解決工藝問題的。顯微紅◈外◈分析的主要用途就是分析被▲焊▲面或焊點表面的有機污染物,分析腐蝕或可焊性不良◈的◈(De)原因。?

掃描電子顯微鏡[Jìng]分析(SEM)

掃描電子◊顯◊[Xiǎn]微鏡(SEM)是進行失效分析的∆一∆(Yī)種最有(Yǒu)用的大型電子顯微成像[Xiàng]系⋄統⋄,最常用作形貌[Mào]觀(Guān)察,現時的掃描電子顯微鏡的功能已經[Jīng]很強大,任何精細結構或表面特征(Zhēng)均可(Kě)∆放∆大到幾十萬倍進行觀察與分析。?

在[Zài]PCB或焊點的(De)失∆效∆分析(Xī)方面,SEM主要用來作失效○機○理[Lǐ]的分[Fèn]析,具體說來[Lái]就是用來觀察焊盤表面的形貌●結●構、焊點金相組織、⋄測⋄量金屬間化物、可焊性(Xìng)鍍層分[Fèn]析以及做錫須[Xū]分析測量等。?

與光學(Xué)顯微鏡不同,掃描電鏡所(Suǒ)成的是電(Diàn)子像,因此隻有黑白○兩○色,并且掃描電鏡的試樣要求導電,對非導體和(Hé)部分(Fèn)半導體需要噴金或碳處(Chù)理,否則電荷聚集在樣品[Pǐn]表面就影響▾樣▾品的(De)◆觀◆(Guān)察。此外,掃描電鏡圖像景深遠遠大于(Yú)光學顯[Xiǎn]微鏡,是[Shì]針對金相結(Jié)構、顯微斷口以及(Jí)錫須等不(Bú)平整樣品的重要▲分▲析方法。?

熱分析?

差示掃(Sǎo)描量熱[Rè]儀(DSC)?

○差○[Chà]◆示◆掃描量熱法(Differential Scanning Calorim- etry)是在程序控溫下,測量(Liàng)輸入到物質與◇參◇(Cān)比物質之(Zhī)間的功⋄率⋄差與溫度(Dù)(或時間)關系的[De]一種[Zhǒng]方法。是研究熱量随[Suí]溫度變化○關○系的分[Fèn]析方法,根據這種∇變∇化關系,可研究分析材料的物(Wù)理化[Huà]學及熱力學性能。?

DSC的[De]應用廣泛,但∇在∇PCB的分析方面主(Zhǔ)要用于測量PCB上[Shàng]所用的各種高分子◇材◇料的固化程(Chéng)度(Dù)、玻[Bō]璃态轉化溫度,這兩(Liǎng)個參數決定着PCB在後續工藝過程[Chéng]中的可靠性。?

熱機械分析儀[Yí](TMA)?

熱機械分析○技○術(Thermal Mechanical Analysis)用于程序控溫下,∇測∇[Cè]◆量◆固體、液體和凝膠在[Zài]熱或機械力(Lì)作用下的形變性(Xìng)◇能◇。是研[Yán]究(Jiū)熱與機械性能關系(Xì)的方法,根據形變與溫度(或時間)的⋄關⋄系,可▿研▿(Yán)究分析材料◆的◆物理化[Huà]學及熱力學[Xué]性能。?

TMA的應用(Yòng)廣泛,在[Zài]PCB的分析方面主要●用●(Yòng)于PCB最●關●鍵的兩個參[Cān]數:測量其[Qí]線性(Xìng)◈膨◈脹系數和玻(Bō)璃态轉化(Huà)溫度。膨脹系數過大的(De)基材的[De]PCB在焊接組[Zǔ]裝後常常∇會∇導緻▿金▿屬化(Huà)孔(Kǒng)的[De]斷裂失效[Xiào]。?

熱重分▲析▲(Xī)儀 (TGA)?

熱重法(Fǎ)(Thermogravimetry Analysis)是在程序控溫下,測[Cè]量物質的質量随溫(Wēn)度(或時間[Jiān])的變化關[Guān]系的一種方法。TGA通過精密的電子天平可[Kě]監測物質(Zhì)在程控變溫過程中發生的細微的質量變化。?




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